[組圖]45W晶體管電子管混合式功率放大器

EL34(6CA7)是飛利浦公司于1956年率先推出的音頻功率五極電子管，當(dāng)年，它的出現(xiàn)給音頻放大器的聲音質(zhì)量帶來了一場改良，其設(shè)計陽極耗散功率為25W(工作數(shù)據(jù)如附表)。如今，由中國曙光電子管廠生產(chǎn)的該管，暢銷海內(nèi)外。EL34再生的聲音之美，是晶體管放大器還望塵莫及的。在晶體管放大器一統(tǒng)天下的今天，它寶刀不老、雄風(fēng)猶在也正是因為這個原因。

一，電子管特點

電子管是人類歷史上的第一種電子放大器件。說到電子管工作原理，對于現(xiàn)在的愛好者來說，是一個既古老而又時新的話題。由于某些導(dǎo)向上的偏見和能源關(guān)系的原因，我國在70年代以后一刀切地停止了電子管的介紹和應(yīng)用，這無疑給現(xiàn)在的膽管發(fā)燒帶來困難。在此，有必要對電子管的一些常識加以表述。
電子管是種利用電場原理工作的真空器件，在分析它的工作時，我產(chǎn)可以按現(xiàn)在常見的N溝道結(jié)型場效應(yīng)管工件方式去理解就很容易入門。只是電子管的陰極電子發(fā)射需要加熱罷了。兩者的柵極控制特性和工作原理是極為相似的。
比較現(xiàn)在的晶體管放大器，電子管功放有其自身特點：一是管子本身的溫度穩(wěn)定，不需要在晶體管機中必不可少的巨型散熱器：二是負(fù)載能力較強，而且，不象晶體管那么嬌氣。真要燒掉一只管子也要以數(shù)十分鐘以上計，所以，實驗時器件比較安全，三是電子管放大器由器件特性決定，需要通過變壓器連接負(fù)載揚聲器。在機器萬一發(fā)生故障時，是不會象晶體管機那樣禍及到昂貴的揚聲器系統(tǒng)。
制作和使用電子管機時要注意：機內(nèi)高壓，小心觸電！元件的耐壓可靠性要高，嚴(yán)禁帶電焊接。再有，電子管饑嚴(yán)禁空載，在試機時一定要連接好揚聲器。
電子管是一種高電壓工作的、具有相當(dāng)大內(nèi)阻的真空電子放大器件。它的最大長處是具有近似理想的放大線性．這個優(yōu)點是目前已出現(xiàn)的晶體管還無法達(dá)到的，這使它的運用電路非常簡潔，不必象晶體管放大器要用很多的有源器件作“共基一共射”連接。這正好對應(yīng)了發(fā)燒界“簡潔為上”的信條，這是在90年代電子技術(shù)高度發(fā)展的今天，它能獨領(lǐng)響壇的一個最重要的原因。

二，電子管輸出變壓器

電子管的輸出阻抗較高，它的等效阻值比現(xiàn)在廣泛運用的電動式揚聲器的阻抗要高出幾個數(shù)量級，從阻抗匹配的角度說，采用輸出變壓器作阻抗變換是必需的：而且，電子管放大器的功率是以高電壓、小電流的形式，從驅(qū)動低阻揚聲器需要的低壓大電流能量來看，使用降壓變壓器也是非常必要的。
對于現(xiàn)代音源高速發(fā)展，按再現(xiàn)以CD唱機為代表的高保真節(jié)目源的要求，放大器的指標(biāo)就非常重要。對電子管放大器而言，這個指標(biāo)很大的程度取決于輸出變壓器的質(zhì)量。輸出變壓器的質(zhì)量非常重要。因本文是介紹一臺英國成品機套件，沒有介紹具體制作，現(xiàn)只就變壓器設(shè)計和工藝要注意的問題作一探討。
1、初級與次數(shù)的匝數(shù)比是根據(jù)某種特定的電子管的輸出阻抗與所推動的揚聲器阻抗比獲得的，所以，要最大限度發(fā)揮電子管的性能，選用度身設(shè)計的輸出變壓器很重要。
2、為了使變壓器獲得很低的低頻響應(yīng)，初級線圈的電感量必須做得較大：從高頻特性和相位特性出發(fā)，就要使變壓器本身的寄生電容、漏感等做得盡可能的小。傳統(tǒng)的以收音機及普通用途的擴音機為前提的變壓器顯然是不能勝任現(xiàn)代要求的。
3、電子管作推挽輸出的變壓器，根據(jù)輸出級的功率電子管在直流狀態(tài)下是并聯(lián)工作在供電電源兩端、信號工作狀態(tài)又是正、負(fù)半周互為反相推挽放大的特點，在繞組繞線的方向上，要使從“中心抽頭”流經(jīng)兩個半邊繞組的直流電流，產(chǎn)生的磁場磁力線方向相反，在鐵芯內(nèi)部互相抵消，以使變壓器內(nèi)鐵芯靜態(tài)磁場為零，充分利用給定鐵芯的磁通量，這對防止鐵芯飽和失真、減小變壓器體積很重要。同時，電源上因濾波不良寄生的紋波成份也可以在變壓器內(nèi)部相互抑制，有利于提高信噪比。
電子管輸出變壓器工藝很嚴(yán)格，要解決以上的矛盾也非常不易，這是現(xiàn)在優(yōu)質(zhì)輸出變壓器及電子管放大器價格昂貴的一個主要原因。

三，電子管推挽輸出級原理

圖1 簡單的輸出級

圖1示出了常見的電子管推挽輸出級線路結(jié)構(gòu)圖。放大電子管的兩陽極分別接于輸出變壓器的兩端，工作電源HT通過輸出變壓器中心抽頭流經(jīng)初級繞組向電子管供電，負(fù)載(揚聲器)聯(lián)接在次級端。該線路采用“固定偏壓”式線路：電子管的陰極直接與地(公共點)相連，柵極分別接入兩電阻，其公共點聯(lián)接到滿足兩電子管正常工作的負(fù)偏壓電源上，這是電子管正常工作的典型配置方法。電子管的直流工作點設(shè)定還有一種“自給偏壓”式方法，就是在電子管的陰極回路牛串進(jìn)電阻，利用流經(jīng)電子管回路中的直流電流在該電阻上產(chǎn)生一定的電壓降，使陰極的電位相對于“地”電位有一個正的電位差，這時，電子管的柵極就可以接在地電位上，可以減掉因配置柵偏壓電源帶來的增加電路、增加元件的麻煩。這種所謂“自給偏壓”式電路應(yīng)用也較多，但是，陰極電阻會消耗一部分電壓，輸出功率上會有減少。

電子管的工作偏壓就各型號而論是不盡相同的。而且同型號的管子在取得不同的陽極工作電壓下，所需要的柵極工作偏壓也不同，一般是電壓增高，柵極偏壓就要取得更負(fù)一些，反之，若運用時沒有取到參數(shù)給出的陽極高壓，柵極偏壓的絕對值就要減小。電子管的典型工作參數(shù)可以從有關(guān)手冊上查到。而且電子管的生產(chǎn)離散性相比晶體管要小得多，可以說照手冊設(shè)定一般是不會有問題的。
推挽式電子管放大電路的信號放大通路，是由前級分相，取得兩個互為反相的對稱信號電壓分別進(jìn)入兩只電子管的柵極，調(diào)制陰極發(fā)射的電子流，在陽櫻得到放大了的信號電壓、進(jìn)入變壓器合成，并通過變壓器耦合輸出給負(fù)載揚聲器。輸出變壓器的內(nèi)部聯(lián)接，同名端如圖上所示，這樣，兩陽極供電所含的直流紋波(交流成分)就可以在變壓器內(nèi)部反相相抵，而反相的信號成分在變壓器內(nèi)部轉(zhuǎn)變?yōu)橥嘣鰪?。功率一般增強為單只電子管的兩倍左右?具體甲類、甲乙1類、甲乙2類、乙類工作狀態(tài)的輸出效率在此不作比較，本機為甲乙1類工作狀態(tài)。對于三極管、束射四極、五極管及流行的超線性狀態(tài)因涉及面多在此也不作探討，該機為典型五極管工作模式)。

圖2 混合功放全電路（一個聲道）

圖2示出了本混合功放電路圖。在以上對電子管放大器的特殊要點分別進(jìn)行探討、說明之后，再來進(jìn)行整機分析，相信大家是比較好理解的。
圖上給出了本立體聲放大器一個聲道的線路，另一個聲道的電路是完全相同的。從原理圖上分析本放大器可以分為三部分：
1、電源，這包括電子管放大陽極供電的高壓HT、加熱傍熱式電子管EL34“熱子”(俗稱燈絲)的6．3V電壓及由變壓器T／t經(jīng)整流獲得的-60V直流電壓與高壓HT組成共同提供晶體管Q1、Q2工作的電源。
2、由電子管V1、V2及周圍元件與輸出變壓器組成的推挽式功率放大級。
3、由晶體管Q1、Q2組成的差動電壓放大級。這一級主要有三個功能：
a．組成差動電壓放大，把由輸出端輸入的弱信號電壓放大到足夠推動功率放大管EL34的電壓：b．由簡單的差動放大器完成對信號電壓的分相，產(chǎn)生驅(qū)動推挽式放大器需要的平衡式電壓輸出.。c．整機電路從提高性能出發(fā)。采用不用電容耦合的直流耦合方式，電子管V1、V2的靜態(tài)直流偏置(本機為一30伏)，也是由晶體管Q1、Q2的集電極電位取得的，沒有象一般RC耦臺方式那樣，設(shè)定電子管靜態(tài)調(diào)整元件。
本機的這種設(shè)計，有個很大的優(yōu)點是一般設(shè)計無法達(dá)到的，這就是，放大部分的兩級都是采用對稱的平衡式設(shè)計，它有很高的共模抑制比，因此，由電源端帶來的紋波及電源干擾信號，可以在放大器內(nèi)部自動地獲得抵消和抑制。所以，本設(shè)計裝制的放大器，交流聲、噪聲等雜音指標(biāo)很低，信噪比完全勝任數(shù)字音響對放大器的要求。
輸入信號從晶體管Q1的基極直接耦合進(jìn)入功放輸入級。Q1和Q2組成差動電壓放大級，R3是這個差動放大器的公共射極電阻，該電阻的阻值很